20xx0404086_庄茂团_汽车覆盖件前纵梁冲压工艺及模具设计

20xx0404086_庄茂团_汽车覆盖件前纵梁冲压工艺及模具设计内容摘要：

助设计技术（CAD）已得到了广泛的应用，并且得到了快速的发展，在模具设计、制造中也显示了巨大的优越性。 CAD设计的优势在于：能够直观反映设计的真实状态，通过运动模拟、干涉检查等数字化分析手段，在设计阶段就能避免以往在生产制造中才能发现的问题。 标准件库可为模具结构设计提供可以直接装配的参数化、系列化的零件；冲压设备库、典型结构库为结构设计提供了可参考的模型；而基础结构库使模具设计更加灵活、智能。 资源库与知识工程的有机结合，形成了模具结构设计的知识库，成为三维实体设计的基础。 与3DDL图技术、实体泡沫加工技术的结合，达到真正意义上的三维实体设计。 并以此为契机，带动整个模具生命周期的技术提升。 实现模具制造的CAE/CAD/CAM一体化，使模具生产越来越依赖于高科技手段，最大限度地降低人工劳动的强度，提高模具的制造精度，缩短模具生产周期。 CAD软件介绍AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。 现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 .dwg文件格式成为二维绘图的事实标准格式。 Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。 10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。 Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。 与其他同类三维软件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点：（1）基于特征的（FeatureBased）Pro/ENGINEER是一个基于特征的（FeatureBased）实体模型建模工具，利用每次个别建构区块的方式构建模型。 设计者根据每个加工过程，在模型上构建一个单独特征。 特征是最小的建构区块，若以简单的特征建构模型，在修改模型时，更有弹性。 （2）关联的（Associative）通过创建零件、装配、绘图等方式，可利用Proe/ENGINEER验证模型。 由于各功能模块之间是相互关联的，如果改变装配中的某一零件，系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。 （3）参数化（Parametric）Pro/ENGINEER为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。 如果 某一特征参考到其他特征时，特征之间即产生父/子（parent/child）关系。 （4）构造曲面（surface）复杂曲面的生成主要有三种方法：1）由外部的点集，生成三维曲线，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。 2）直接输入由Pro/desinger（造型设计）产生的曲面。 3）利用import（输入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，输入由其他软件或三维测量仪产生的曲面（5）在装配图中构建实体根据已建好的实体模型，在装配（ponent）中，利用其特征（平面，曲面或轴线）为基准，直接构建（Create）新的实体模型。 这样建立的模型便于装配，在系统默认（default）状态下，完成装配。 CAD在本设计中的应用基于CAD软件的优势，本设计采用Auto CAD绘制二维图。 凹模平面图 压边圈平面图三维实体图的绘制采用Pro/Engineer。 另外冲压分析时应用了 Catia V5，在实体图的演示方面采用了Product View。 凸模立体图 CAE应用 CAE分析介绍成型CAE在模具设计中的应用，实际上是对模具设计方案进行评估优化的过程。 在板料设计中合理应用CAE技术，可以避免和减少传统模具设计方法产生的浪费、失误甚至报废，有效提高模具开发的效率，降低开发成本。 CAE在汽车钣金零件设计中的应用由于汽车覆盖件形状及其成形过程的多样性和复杂性，多数情况下成形工序与工艺参数要通过多次试验才能确定。 加工过程的控制、模具的设计和制造都直接影响产品的质量和价格。 加工过程不当或模具形状不合适很容易出现成形件破裂、起皱或其他成形缺陷。 为了避免这类情况的发生，通常需要修改成形工序和工艺参数或修改模具形状。 随着工业化的日益发展，产品更新换代周期越来越短，传统的设计方法已经明显不适应现代工业的发展要求。 汽车企业为了缩短开发周期，提高新产品开发的综合效益，大量采用计算机辅助技术来设计和模拟分析车身覆盖件，从而大大缩短了车身覆盖件的开发周期。 CAE软件介绍本文运用的AutoForm是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步法成形模拟以及拉深工序工艺补充面的设计。 CAE应用介绍1冲压方向的确定传统冲压方向的确定有很大的局限性，对一些复杂冲压件冲压方向的确定显得束手无策(传统工艺确定冲压方向可操作性不强)，往往有些形状复杂的冲压件因为冲压方向确定的不合理出现调试不出合格件的情况。 传统工艺确定；中压方向的方法如下。 (1)保证凸模能够顺利进入凹模。 (2)使凸模接触毛坯的面积大。 (3)压料面各部分进料阻力要均匀可靠。 而运用CAE分析可以根据冲压件的几何形状快速确定最佳冲压方向、有无冲压负角以及最浅拉深深度。 ，可以根据冲压件的工艺编排情况来确定最佳的冲压方向。 Average normal：平均法向 Min draw depth：最小拉深深度Min backdraft：最小负角 Screen axes：目视方向图 冲压方向分析确定对于一些复杂冲压件的冲压方向确定亦可以根据经验手动调整冲压方向，便于材料流动．同时车身坐标系与冲压坐标系的转换亦能轻松实现。 2 毛坯尺寸的估算 优化以及排样的优化(1)毛坯尺寸的估算对于一些冲压件可根据成形方式(拉深、压弯等)来反求毛坯尺寸，使用不同的约束条件将得到不同的毛坯尺寸(Onestep)。 (2)迭代法优化坯料尺寸反求出的毛坯尺寸可能不够精确使用A u t o fo r m优化(Optimization)模块，反复求解得出最接近结果的真值(迭代的次数越多，其结果越接近真值，但所需计算时间越长)。 (3)优化排样提高材料利用率，传统排样方式，材料利用率为80％ ，而优化排样()为经过CAE软件优化过的排样．利用率有所高。 优化排样(4)CAE分析结果对模具设计的优化 拉延筋的布置及宽度使用优化模块可以对拉延筋的布置、宽度进行优化．选择合理的拉延筋形状对材料流动的约束，达到材料充分拉伸的目的。 （排版） 优化前后的拉延结果，更改拉延筋后(增大拉延筋的约束力)的拉深情况远好于更改前的。 这样，模具调试周期被大大缩短，调试成本也相应减少。 CAE分析结果可以为工艺准备前期提供有力的保证传统工艺方法对压床的选用局限于简单压弯件(可计算压弯力、冲裁力)，对于复杂冲压件的压床的选用只能根据经验采取类比的方法，而根据CAE软件可迅速反求的凸凹模及压料圈在成型过程中所需要的力．然后根据所需压力选用合适的压力机，避免出现设备浪费或者压力不足的情况。 3 总结(1)要以现实冲压条件为基础，掌握实际冲压条件的数学描述方法。 否则，CAE分析只能成为理论分析，不能应用于实际生产。 要准确描述实际冲压条件，需要进行大量的调查分析。 (2)CAE分析与经验学习积累同等重要。 如在欧美多数采用仿真设计，但在日本．模具设计师通常更多依靠经验来设计模具。 经验的重要性体现在：在板料成形CAE分析的预处理过程中，好的工艺辅助面及拉延筋可以快速达到预期的目的；在后处理分析发现成形缺陷时．无论通过什么方法来改善，都需要有丰富的经验。 (3)CAE分析必须与零件及模具的CAD，CAM并行交互。 CAE分析是为零件及模具的设计和工艺参数优化等服务的，不能将CAE分析孤立，而应该更多地渗入零件及模具的设计、工艺设计，及早地改善模具设计，优化工艺参数，甚至改进零件设计，才能缩短开发周期，降低开发成本。 Auto form 分析结果显示说明 应用CAE分析制件的成形问题及提出解决方法 FLC曲线外侧应变失效点主要为产品尖角撕裂区 成形限制极限图 产品成形性评估分析结果该区域产品形状有过渡变薄及撕裂趋势可以通过调整模具R圆角和板材大小压边力大小来改变 该区域产品延伸不足可以通过调整模具圆角和压边力大小改变 产品最终分析结果局部详细示图 分析报告该产品在冲压工艺分析过程中，考虑到工艺补充部分圆角小，在调试中更改此区圆角；另外板料尺寸需按实际情况调整。 其中，上图图示红色区域为过渡变薄区。